氢能的开发和利用

第1页苏教版•高中化学•必修2第2课时生物质能的利用氢能的开发和利用第2页苏教版•高中化学•必修2课标定位：①简单了解生物质能、氢能利用的现状。②认识开发、利用高能、清洁能源的重要性和迫切性。第3页苏教版•高中化学•必修2第4页苏教版•高中化学•必修2填一填·知识清单———————————————一、生物质能的利用1．来源生物质能来源于____________________所贮存的能量。2．利用方式(1)直接燃烧。纤维素燃烧的化学方程式为：____________________________。第5页苏教版•高中化学•必修2(2)生物化学转换。①制沼气。a．沼气的主要成分是___，还含有______和少量________等。b．应用：制______燃料和优质肥料。②制乙醇。由淀粉制乙醇的化学方程式为：________________________，____________________________。(3)热化学转换。使生物质在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的______。第6页苏教版•高中化学•必修2二、氢能的开发与利用1．氢能的三大优点(1)氢气完全燃烧放出的热量是等质量汽油完全燃烧放出热量的________。(2)原料是水，资源不受________。(3)燃烧产物是水，不会________环境，是理想的________燃料。2．氢能产生与利用的途径(1)中的物质为________，(2)中的物质为________。第7页苏教版•高中化学•必修23．氢能的开发(1)电解水制得氢气的化学方程式为________________。(2)在光分解催化剂存在下，在特定的装置中，利用________分解水制氢气。(3)利用________等低等值物和________在阳光作用下使水分解产生氢气。(4)开发氢能的关键是：制备氢气的________、氢气的______和______等问题。(5)________的发现和应用，开辟了解决氢气贮存、运输难题的新途径。第8页苏教版•高中化学•必修2自我校对一、1.植物及其加工产品2.(1)(C6H10O5)n＋6nO2――→点燃6nCO2＋5nH2O(2)①a.CH4CO2H2S、NH3、PH3b．气体②(C6H10O5)n＋nH2O――→酶nC6H12O6C6H12O6――→酶2C2H5OH＋2CO2↑(3)可燃气体二、1.(1)3倍多(2)限制(3)污染清洁2.H2OH2、O23.(1)2H2O=====通电2H2↑＋O2↑(2)太阳能(3)蓝绿藻微生物(4)能耗贮存运输(5)贮氢合金第9页苏教版•高中化学•必修2做一做·自我测评———————————————1．下列有关生物质能的说法不正确的是()A．生物质能是可再生能源B．生物质能本质上是化学能C．焚烧生活垃圾发电是将生物质能直接转化为电能D．玉米、高粱发酵制乙醇是生物质能的热化学转换第10页苏教版•高中化学•必修2解析：生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量，生物质能利用的最终结果：除释放能量外，产生无污染的CO2和H2O，通过植物的光合作用，重新将太阳能转化为生物质能，因此生物质能是可再生的新能源。光－生物质能转换的本质是光－化学能的转换，B项也是正确的。焚烧生活垃圾发电的能量转换过程是：生物质能→热能→电能，C不正确。含淀粉较高的农作物发酵制燃料乙醇是生物化学转换，D不正确。答案：CD第11页苏教版•高中化学•必修22．氢气是一种很有前途的绿色能源，以水为原料，大量制取氢气最理想的途径是()A．利用太阳能直接使水分解产生氢气B．以焦炭和水制水煤气后分离出氢气C．用Fe跟HCl反应放出H2D．由热电站提供电力，电解水产生氢气解析：A中利用太阳能直接使水分解产生氢气是最理想的途径，而B、C、D三项中都会消耗其他的物质或能量。答案：A第12页苏教版•高中化学•必修2第13页苏教版•高中化学•必修2核心解读———————————————————一、氢气作为新能源有以下特点：1．氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75%，除了广泛存在于星体和星际的气体中外，还主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。2．除核燃料外氢气的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142351kJ/kg，是汽油发热值的3倍多。3．氢气燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，燃烧速率快。第14页苏教版•高中化学•必修24．氢气本身无毒，与其他燃料相比氢气燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。5．氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械能，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在的内燃机稍加改装即可使用。第15页苏教版•高中化学•必修26．氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。由以上特点可以看出氢是一种理想的新的含能体能源。目前液氢已广泛用作航天动力的燃料，但氢能的大规模的商业应用还有待解决以下关键问题：(1)廉价的制氢技术。因为氢是一种二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氢效率很低，因此寻求大规模的廉价的制氢技术是各国科学家共同关心的问题。(2)安全可靠的贮氢和输氢方法。由于氢易气化、着火、爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的关键。第16页苏教版•高中化学•必修2二、一次能源和二次能源的区别与联系能源可划分为一次能源和二次能源。自然界中以现成形式提供的能源称为一次能源；如太阳能、石油、煤、天然气、风能、水力等，一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源，如煤气、电力、汽油、蒸气、氢气等。二次能源是联系一次能源和能源用户的中间纽带。二次能源又可分为“过程性能源”和“含能体能源”。当今电能就是应用最广的“过程性能源”；柴油、汽油则是应用最广的“含能体能源”。由于目前“过程性能源”尚不能大量地直接贮存，因此汽车、轮船、飞机等机动性强的现代交通运输工具就无法直接使用从发电厂输出来的电能，只能采用像柴油、汽油这一类“含能体能源”。可见，过程性能源和含能体能源是不能互相替代的，各有自己的应用范围。第17页苏教版•高中化学•必修2随着人们将目光也投向寻求新的“含能体能源”，作为二次能源的电能，可从各种一次能源中生产出来，例如煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、水力、潮汐能、地热能、核燃料等均可直接生产电能。而作为二次能源的汽油和柴油等则不然，生产它们几乎完全依靠化石燃料。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种在常规能源危机时出现、在开发新的二次能源的同时人们期待的新的二次能源。第18页苏教版•高中化学•必修2题型研析———————————————————知识点一生物质能的生物化学转换【例1】随着工业的发展，能源问题越来越引起人们的重视。科学家预言，未来最理想的燃料是绿色植物，即将植物的秸秆(主要的成分是纤维素)用适当的催化剂作用，水解成葡萄糖，再将葡萄糖转化为乙醇，用作燃料。(1)写出将绿色植物的秸秆转化为乙醇的化学方程式：_________。第19页苏教版•高中化学•必修2(2)已知：CH4(g)＋2O2(g)→CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890kJ·mol－1C2H5OH(l)＋3O2(g)→2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－1367kJ·mol－1若某种植物的秸秆含纤维素约50%，由植物秸秆经过一系列转化得到乙醇原料的总利用率为80%，则以1000g秸秆为原料制得的乙醇燃料燃烧所产生的热量与__________L甲烷完全燃烧产生的热量相当(标准状况)。(3)绿色植物光合作用的效能是_____________________________.第20页苏教版•高中化学•必修2解析：(1)纤维素在催化剂存在下水解生成葡萄糖，进一步发酵生成乙醇，同时放出CO2。(2)设1000g秸秆制得的乙醇燃料燃烧产生的热量为x，与标准状况下的体积为y的甲烷完全燃烧产生的热量相当。(C6H10O5)n～2nC2H5OH～1367kJ×2n162ng2734nkJ1000×50%×80%gx列比例式，解得：x＝6750.6kJ。CH4～890kJ22．4L890kJy6750.6kJ列比例式，解得：y＝170L。第21页苏教版•高中化学•必修2答案：(1)(C6H10O5)n＋nH2O――→催化剂nC6H12O6，纤维素葡萄糖C6H12O6――→催化剂2C2H5OH＋2CO2↑葡萄糖乙醇(2)170(3)在光能作用下，绿色植物将CO2和H2O转变为有机物，同时将光能转化为生物质能(化学能)贮存起来。第22页苏教版•高中化学•必修2点拨：生物化学转化利用生物质能，常用的两种方法是：一是将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪便加入沼气发酵池中，在厌氧的条件下，经过沼气菌的作用，生成沼气；另一种方法是将纤维素或淀粉，在催化剂存在条件下水解和细菌发酵，制成乙醇。第23页苏教版•高中化学•必修2知识点二氢能的开发【例2】氢气是未来理想的能源，水是自然界广泛分布的物质，用水生产大量的氢气是人类梦寐以求的愿望，但这一转化过程需要大量的能源。请你为这一过程提供既经济又不污染环境的理想的三种能源(或方法)。解析：此题以人们普遍关心的能源与环保问题设置情景。仔细审题，可获得如下信息：①氢气是理想的二级能源，可用水生产氢气；②用水生产氢气需大量能源；③所用能源要既经济又不污染环境。答案：太阳能、风能、潮汐能、地热能以及培养能将水分解成氢气的细菌等。第24页苏教版•高中化学•必修2点拨：最有希望的新能源是太阳能、燃料电池、风能和氢能以及来自地球内部的能量如地热能、核能等，还有来自天体的引力能如潮汐能等。这些新能源的特点是资源丰富，而且有些可以再生，为再生能源，对环境没有污染或污染少。第25页苏教版•高中化学•必修2随堂反馈———————————————————1．下列对城市废弃物中生物质能的利用不合理的是()A．把废弃物拉到乡下找个地点填埋掉B．对废弃物进行处理后焚烧，利用产生的热能供暖和发电C．把废物进行生物化学转换获取CH4D．让废弃物在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的可燃性气体解析：垃圾焚烧处理可以把城市生活垃圾中的生物质能转化为热能、电能；生活垃圾的填埋既是对生物质能的一种浪费，也会造成新的环境污染。答案：A第26页苏教版•高中化学•必修22．煤、石油、水能、生物能的共同点是()A．都是可再生的常规能源B．都是来自太阳辐射的能量C．都是清洁的能源D．都是二次能源解析：地球上的一切能源来自太阳辐射能。答案：B第27页苏教版•高中化学•必修23．自行车、电动自行车、普通汽车消耗的能量类型分别是()①生物能②核能③电能④太阳能⑤化学能A．①④⑤B．①③⑤C．①②③D．①③④解析：人骑自行车是将生物能转化为机械能；电动自行车是将蓄电池的电能转化为机械能；普通汽车是将汽油反应的化学能转化为机械能。答案：B第28页苏教版•高中化学•必修24．下列叙述不正确的是()A．动物粪便中含有丰富的生物质能B．沼气的主要成分是甲烷，还含有CO2和少量H2S、NH3、PH3等C．乙醇汽油可作发动机的燃料D．焚烧生活垃圾产生的烟气中不含有毒物质二口恶英答案：D第29页苏教版•高中化学•必修25．下列合金可作为储氢材料的是()A．钠钾合金B．生铁C．镧镍合金D．黄铜解析：镧镍合金在室温和适当压力下可吸收H2，形成LaNi5H6，在一定条件下所吸收的H2又能释放出来。答案：C